实验：用打点计时器探究匀变速直线运动

【知识点】

一、打点计时器

1、电磁打点计时

（1）电磁打点计时器是一种记录                         的仪器，它使用的是       电源，工作电压在       以下，电源频率为         ，即每隔         打一个点

（2）电磁打点计时器的构造

1、                  

2、                  

3、                  

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6、                  

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8、                  

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（3）工作原理

接通电源后，线圈中产生周期性变化的磁场，振片被磁化，其极性随线圈中磁场的变化而变化，于是振片和永久磁铁之间产生周期性的引力和斥力，振片就上下振动，带动其上的振针上下振动。这时如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸带上打下一系列的点。

2、电火花打点计时器

（1）电火花打点计时器使用         电源，工作电压为          ，频率为          

（2）电火花打点计时器的原理和电磁打点计时器相同。不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉，使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，让纸带穿过限位孔，并夹在两条纸带之间。当接通电源按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，从而在运动的纸带上打出一系列的点。

二、探究匀变速直线运动

1、实验目的：（1）练习打点计时器的使用，掌握数据处理

             （2）利用纸带求各点瞬时速度和加速度

2、实验计算方法

（1）瞬时速度的计算方法：                 

（2）加速度的计算方法：（逐差法）                

3、实验器材

小车、细线、钩码、一端有定滑轮的长木板、打点计时器、纸带、电源、导线、刻度尺

4、实验步骤

（1）把一端有定滑轮的长木板放在桌面上，并把定滑轮深处桌面，把打点计时器固定在长木板的另一端，接好电路

（2）把一条细线拴在小车上，使细线跨过定滑轮，并把下面挂上合适的钩码，接通电源，待打点计时器稳定后再放开小车，让小车拉着纸带运动，打完一条纸带后立即关闭电源

（3）换上新纸带重复操作三次

（4）从所打的纸带中选择一条最清晰的，舍去开头一些过于密集的点，找一个合适的点作为计时起点

（5）选择相隔0.1s的若干个记数点进行测量，把数据填入表格

（6）计算各点的瞬时速度和运动的加速度

5、数据处理

一般每个5各点作为一个记数点，这样相邻的记数点的时间间隔为0.1s 

(1)计算某点瞬时速度（            ）

           ，           

（2）求加速度（                ）

6、实验的注意事项

（1）打点计时器纸带限位孔要与长木板纵轴位置对齐在固定，使纸带、小车、拉线盒定滑轮在一条直线上

（2）小车的加速度应大一些，可以减小长度测量误差

（3）小车运动要平稳，纸带、细线要与模板平行

（4）释放小车前，小车要停靠在靠近打点计时器的位置，开启电源后，待打点计时器工作平稳后再释放小车。同时，用手在模板另一端准备按住小车，放置钩码落地和小车与定滑轮相撞，实验结束后先关闭电源后取下纸带

（5）选取计数点时可去掉纸带刚开始过于密集的部分

7、误差分析

本实验误差主要来源于和

（1）两相邻计数点距离测量不够精确带来误差；减小方法：①                          

②                         ③                        ④                         

（2）电源频率不稳定使不稳定带来误差

 频率过大，            ，            ；频率过小，            ，            ；

（3）纸带和打点计时器限位孔之间摩擦带来误差

8、实验可能出现的问题及其原因

例1、如图所示是某同学测量匀变速直线运动的加速度时，从若干纸带中选中的一条纸带的一部分，他每隔4个点取一个计数点，图上注明了他对各计数点间距离的测量结果．

 (1)为了验证小车的运动是匀变速运动，请进行下列计算，填入表内(单位：cm).

(2)根据匀变速直线运动的规律，可以求得物体的加速度a＝＝________m/s2.

(3)根据an－3＝，可求出a1＝＝________m/s2，a2＝＝________m/s2，a3＝＝________m/s2，所以，＝＝________m/s2。

例2、如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带．

 (1)已知打点计时器电源频率为50 Hz，则纸带上打相邻两点的时间间隔为________．

(2)A、B、C、D是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出．从图中读出A、B两点间距x＝________；C点对应的速度是________(计算结果保留三位有效数字)。

例3、一小球在桌面上做匀加速直线运动，现用高速摄影机在同一底片上多次曝光，记录下小球运动过程中在每次曝光时的位置，并将小球的位置编号，得到的照片如图所示。由于底片保管不当，其中位置4处被污损．若已知摄影机连续两次曝光的时间间隔均为1 s，则利用该照片可求出：小球运动的加速度约为________m/s2。位置4对应的速度为________ m/s，能求出4的具体位置吗？________.求解方法是：____________________(不要求计算，但要说明过程)。

例4、在“研究匀变速直线运动”的实验中，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共7个计数点(图中每相邻两个记数点间还有四个打点计时器打下的点未画出)，如图1－4－11所示．打点计时器接的是50 Hz的低压交流电源．他将一把毫米刻度尺放在纸带上，其零刻度和记数点O对齐，从刻度尺上直接读取数据记录在表中。

图1－4－11

②试根据表格中数据和你求得的E点速度在右上方所给的坐标中，作出v－t图象，如图1－4－12.从图象中求得物体的加速度a＝________m/s2(取两位有效数字)

图1－4－12

【巩固练习】

1： 打点计时器是（       ）

A．测量时间的仪器   B．测量加速度的仪器   

C．测量长度的仪器   D．测量速度的仪器

2．根据打点计时器打出的纸带，我们可以从纸带上直接得到的物理量是（     ）

A．时间间隔      B．位移        C．加速度            D．平均速度

3．一同学在用打点计时器做“测匀变速直线运动加速度”的实验时，纸带上打出的点不是圆点，而是如下图所示的一些短线，如图所示，这可能是因为（     ）

A．打点计时器错接在直流电源上

B．电源电压不稳定

C．电源的频率不稳定

D．打点针压得过紧

4． 在用打点计时器研究匀变速直线运动时，如测得各连续相等的时间间隔内位移之差不是一个恒量，其主要原因是（      ）

A．长度测量不精确                 B．打点计时器打点的间隔不均匀

C．运动中受到变化的摩擦力作用     D．木板未调成水平

5． 图示的纸带是由斜面下滑的小车通过打点计时器拉出来的，打点的时间间隔是0.02s，现按每10个点划分纸带，数据已标在图上，则小车运动的加速度为_________．

6． 做匀变速运动的小车的纸带上被打点计时器打下了一系列的点，纸带的一部分如图所示．按时间先后，依次是A、B、C三个计数点，每两个计数点间另有4个打点计时器打的实际点．若A、B之间距离为45mm，B、C之间距离为35mm，打点计时器所用交流频率为50Hz，则小车运动时加速度大小为__________．

7． 某次用打点计时器研究匀变速运动的实验中，用打点计时器打出小车带动的纸带如图，电源的频率为50Hz．在纸带上按时间顺序取0、1、2、3、4、5共六个计数点，每相邻的两点间均有四个点未画出．用米尺量出1、2、3、4、5点到0点的距离标在了纸带下面，则小车的加速度大小为________，方向_________

8． 用打点计时器测量物体做匀变速直线运动的瞬时速度

(1)测量原理根据的公式V=________________________________．

(2)用打点计时器打出下落重锤带动的纸带如图，电源的频率为50Hz，从纸带上连续取出A、B、C、D四个点，用米尺量出A、B、C、D到计数点0的距离标在纸带下面．则打下B点时重锤的瞬时速度VB=________m/s，打下C点时重锤的瞬时速度VC=__________m/s．

9． 用打点计时器打出下落物体带动的纸带如图．电源的频率为50Hz，从纸带上连续取出A、B、C、D、E、F六个计数点，用米尺测出A、B两点间距离S1=4.08cm，E、F两点间距离S2=5.cm，试写出用S1、S2和相邻两点间时间间隔T计算重力加速度的公式g=_______，代入数据求出g=______．

10． 电磁打点计时器是一种使用交流电源的计时仪器．当电源频率为50Hz时，振针每隔______秒打一次点．现在用打点计时器测定物体的加速度．当电源频率低于50Hz时，如果仍按频率为50Hz的时间间隔打一次点计算，则测出的加速度数值________频率为50Hz时测出的加速度的数值．（后一空格填写大于、小于或等于）

11． 如图是某次实验时用打点计时器打出的一条纸带．计时器所用电源的频率为50Hz．图中A、B、C、D、E为按时间顺序所取的五个计数点，A、B、C、D、E各点与O点的距离在图中标出（单位是cm），则打B点时纸带的运动速度大小是______________m/s，纸带运动过程中的加速度大小是___________m/s2．

12．某同学在做“研究匀变速直线运动”实验时，从打下的若干纸带中选出了如图所示的一条（每两点间还有4个点没有画出来），图中上部的数字为相邻两个计数点间的距离，打点计时器的电源频率为50 Hz。

由这些已知数据计算：

①该匀变速直线运动的加速度a＝_____m/s2。

②与纸带上D点相对应的瞬时速度v＝_____m/s。（答案均要保留3位有效数字）